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陶瓷的制備工藝
來源: | 作者:tianfengcn | 發布時間: 2021-06-27 | 211 次瀏覽 | 分享到:
可塑性原料的礦物成分主要是黏土礦物,它們均屬層狀構造的硅酸鹽,其顆粒一般屬于顯微粒度以下(小于10μm),并具有一定可塑性的礦物。

原料


陶瓷及其他硅酸鹽制品所用原料大部分是天然的礦物或巖石,其中多為硅酸鹽礦物。這些原料種類繁多,資源蘊藏豐富,在地殼中分布廣泛,這為陶瓷工業的發展提供了有利的條件,早期的陶瓷制品,均是用單一的黏土礦物原料制作的,后來,隨著陶瓷工藝技術的發展及對制品性能要求的提高,人們逐漸地在坯料中加入了其他礦物原料,即除用黏土作為可塑性原料以外,還適當添入石英作為瘠性原料,添入長石以及其他含堿金屬及堿土金屬的礦物作為熔劑原料。目前,陶瓷原料的分類尚無統一的方法,一般按原料的工藝特性劃分為可塑性原料、瘠性原料、熔劑性原料和功能性原料四大類。 


①可塑性原料


可塑性原料的礦物成分主要是黏土礦物,它們均屬層狀構造的硅酸鹽,其顆粒一般屬于顯微粒度以下(小于10μm),并具有一定可塑性的礦物。如高嶺土、多水髙嶺土、膨潤土、瓷土等。可塑性原料在生產中主要起塑化和結合作用,它賦予坯料可塑性和注漿成形性能,保證干坯強度及燒后的各種使用性能如機械強度、熱穩定性、化學穩定性等,它們是成形能夠進行的基礎,也是黏土質陶瓷的成瓷基礎。


②瘠性原料


瘠性原料的礦物成分主要是非可塑性的硅、鋁的氧化物及含氧鹽。如石英、蛋白石葉蠟石、黏土煅燒后的熟料、廢瓷粉等。瘠性原料在生產中起減黏作用,可降低坯料的黏性,燒成后部分石英溶解在長石玻璃中,提高液相黏度,防止高溫變形,冷卻后在瓷坯中起骨架作用。


③熔劑性原料


熔劑性原料的礦物成分主要是堿金屬、堿土金屬的氧化物及含氧鹽。如長石、石灰石、白云石、滑石、鋰云母、花崗巖等。它們在生產中起助熔作用,高溫熔融后可以溶解一部分石英及髙嶺土分解產物,熔融后的高黏度玻璃可以起到高溫膠結作用。常溫時也起減黏作用。 


④功能性原料


除上述三大類原料以外的其他原料及輔助原料統稱為功能性原料。如氧化鋅、鋯英石、色料、電解質等。它們在生產上不起主要作用,也不是成瓷的必要成分,一般是少量加入即能顯著提高制品某些方面的性能,有時是為了改善坯釉料工藝性能而不影響到制品的性能,從而有利于生產工藝的實現。


坯料配方


原料選定以后,確定各種原料在坯料和釉料中的使用量是一項關鍵的工作,因為它直接關系到產品的質量以及工藝制度的制訂。 


坯料配方的設計是一項繁重而復雜的工作。目前,陶瓷產品的日新月異,陶瓷產品的性能要求千變萬化,而且,陶瓷生產上所用的原料種類繁多,在化學組成礦物組成以及它們的工藝性能上有著很大的區別,還不能做到原料的標準化。各地企業的技術、設備、管理水平的不同,以及陶瓷產品的性能指標受多種因素的影響,所以,在進行坯料配方的設計時,不能僅靠理論上的計算,否則,難以得到滿意的結果。


總之,在配方設計時應遵循以下基本原則: 


(1)在化學組成上要滿足陶瓷制品的性能要求。應對原料從化學組成上作充分的分析和性能比較,找出各原料的性能特色,視其是否具備或接近制品所需的性能。


(2)所用原料的性能和配比要能滿足生產工藝及制品的最終的物理性能要求。應考慮原料的純度、成形性能、燒成性能、燒后的色澤以及燒后的強度和透明性、熱穩定性,有時在坯料的化學組成上做一定的改動,以滿足產品的物理性能要求。


(3)要充分地考慮現有工廠的規模和具體的生產條件。不能由于配方的使用而大量地改變現有的生產工藝參數和投入大量的資金來購買設備與技術改造。坯料配方設計時,應從原料的制備成形和燒成等方面考察它們的工藝參數,并以此作為根本的條件,只有這樣的配方,才具有實用性和科學價值。、


(4)要考慮經濟上的合理性。對原料要就地取材、量材使用、寧近勿遠、物盡其用。


坯料制備


日用陶瓷坯料通常是指將陶瓷原料經過配料和加工后,形成具有成形性能符合質量要求的供成形用的多組分混合物。根據制品的成形方法不同坯料具有不同的特征,分別制成含水率19%~26%的可塑成形用泥料、含水率為30%~35%的注漿成形用漿料含水率為4%~7%的干壓成形用粉料以及熱壓注成形用的漿料或干粉與蠟均勻混合后的蠟餅等坯料有不同的制備工藝,應當根據所用原料的特性、設備使用條件、生產規模、產品的質量要求以及制備工藝本身的技術經濟指標等因素來選擇。壞料的加工方法或工藝控制不當,不僅會降低生產效率,增加生產成本,而且還會影響坯料的工藝性能和產品的使用性能。


成形


陶瓷制品的成形,就是采用不同方法將坯料制成具有一定形狀和尺寸的坯件。根據坯料含水率和性能的差異,陶瓷的成形方法分為可塑法、注漿法和壓制法。


(1)可塑法成形


可塑法成形是在外力作用下,使具有可塑性的坯料發生塑性變形而制成坯體的方法。由于外力和操作方法不同,目用陶瓷的可塑法成形可分為手工成形和機械成形兩大類雕塑、印坯、拉坯、手捏等屬于手工成形,這些成形方法較為古老,多用于藝術陶瓷的制造。而旋壓和滾壓成形,則是目前工廠廣為采用的機械成形方法,可用于盤、碗、杯碟等制品的生產。另外,在其他陶瓷工業中還釆用了擠制、車坯、壓制、軋膜等可塑成形方法。


(2)注漿法成形 


注漿成形是利用多孔模型的吸水性,將泥漿注入其中而成形的方法,這種成形方法適應性強,凡是形狀復雜,不規則的薄壁、厚胎、體積較大且尺寸要求不嚴的制品都可用注漿法成形。如日用陶瓷中的花瓶、湯碗、橢圓形盤、茶壺手柄等都可采用注漿法成形。


注漿成形后的坯體結構均勻,但其含水率大,且不均勻,干燥收縮和燒成收縮較大。


另外,從生產過程來說,其生產周期長,手工操作多,勞動強度大,占地面積大,模型消耗多。隨著生產工藝的不斷進步和注漿成形機械的不斷發展,這些問題將會得到改善和解決,從而使注漿成形更適合于現代化的陶瓷生產。


(3)壓制法成形


壓制成形就是利用壓力將置于模具內的粉料壓緊至結構緊密,成為具有一定形狀和尺寸的坯體的成形方法。根據粉料的含水率,可將其分為干壓成形(含水率小于6%)和半干壓成形(含水率6%~14%)壓制成形坯體水分含量低,坯體致密,干燥收縮小,產品的形狀尺寸準確,質量高。另外,成形過程簡單,生產量大,便于機械化的大規模生產,對于具有規則幾何形狀的扁平制。 


釉料


釉是熔融在陶瓷制品表面上的一層很薄的均勻玻璃質層。


無釉陶瓷制品通常存在表面粗糙無光、易吸濕、易沾污、易侵蝕等弱點,即使燒結程度很高,也會因此影響其美觀、衛生及機電等性能。當在坯體表面上施敷一層玻璃態釉層時,可使制品獲得有光澤、堅硬、不吸水的表面,不僅可以改善陶瓷制品的光學、力學、電學、化學等性能,而且對提高實用性和藝術性也起著重要作用。因此,在坯體表面施釉是非常必要的。


干燥


借助熱能使物料脫水的過程稱為干燥。成形后的各種坯體,通常都含有較高的水分尤其是可塑成形和注漿成形的坯體,尚處于塑性狀態,強度很低,不利于后續工序的加工和運輸。因此,在坯體進人燒成前必須根據各工序的操作要求,分段進行干燥,直至達到符合要求的最終水分。


坯體干燥的目的在于:降低坯體的含水率,使坯體具有足夠的吸附釉漿的能力;提高坯體的機械強度,減少在搬運和加工過程中的破損;使坯體具有最低的入窯水分,縮短燒成周期,降低燃料消耗。 


燒成


原料是基礎,燒成是關鍵。在陶瓷生產工藝過程中,燒成是至關重要的工序之一。陶瓷制品的燒成過程就是在一定的溫度和氣氛條件下,對經過成形、施釉、干燥后的陶瓷坯體進行高溫處理,使其發生一系列的物理化學變化,形成一定的礦物組成和顯微結構,最終獲得陶瓷制品的各種特性坯體在燒成過程中要發生一系列的物理化學變化,如膨脹、收縮、氣體的產生、液相的出現、舊晶相的消失、新晶相的形成等。在不同的溫度、氣氛條件下,所發生變化的內容與程度也不相同,從而形成不同的礦物組成和顯微結構,決定了陶瓷制品不同的質量和性能。


坯體表面的釉層在燒成過程中也發生各種物理化學變化,最終形成玻璃態物質,從而具有各種理化性能和裝飾效果。常見的燒成工藝可分為一次燒成和兩次燒成。一次燒成,是將生坯施釉,干燥后入窯經高溫一次燒成制品。兩次燒成,是將未施釉的坯體,經干燥后先進行素燒,然后施釉,再進行第二次燒成(釉燒)。一次燒成工藝簡化了工序,降低了燒成時的熱損失,兩次燒成提高了坯體強度,有利于后續工序的機械化、自動化,減少了破損,提高了釉面質量。實際生產時應根據產品具體情況進行選擇。


燒成過程是在被稱為窯爐的專用熱工設備中進行的。窯爐的種類很多,應根據不同的產品進行選擇。同時,燒成時還常使用到各種窯具,合理地選擇和使用窯具,對提高產品質量,節約能源,降低生產成本也有重要的意義。影響燒成的因素很多,在燒成過程中如果控制不當,不但浪費燃料,而且將直接影響產品質量,甚至造成大批廢品,給企業帶來不應有的損失。因此,我們只有掌握了坯體在高溫燒成過程中的變化規律,正確地選擇和設計窯爐,科學地制定和執行燒成制度,嚴格地執行裝燒操作規程,才能提高產品質量,降低燃料消耗,獲得良好的經濟效益。


裝飾


裝飾是對陶瓷制品進行藝術加工的重要手段,它是技術和藝術的統一。通過對陶瓷制品進行適當地裝飾加工,不僅可以提高制品的藝術價值,給人帶來美的享受,而且還能顯著改善制品的外觀質量,提高其經濟價值陶瓷的裝飾方法很多,它們各有其藝術特色。 


根據陶瓷制品品種、工藝特點和裝飾技法的不同可分為以下幾種裝飾類型 


彩繪裝飾:包括釉上彩裝飾,如新彩、古彩、粉彩、廣彩等釉上手工彩繪和釉上貼花、印花、刷花、噴彩、照相裝潢、電光彩以及亮金、磨光金、腐蝕金等;釉下彩裝飾,如釉下青花、釉里紅、釉下五彩、釉下噴彩和釉下貼花等;釉中彩裝飾,如低溫釉中彩、中髙溫釉中彩等


藝術釉裝飾:包括顏色釉、花釉、結晶釉、無光釉、裂紋釉、變色釉、熒光釉等。


雕塑裝飾:包括捏花、堆花、剔花、刻花、鏤空、浮雕、暗雕、圓雕以及塑造等。


綜合裝飾:包括青花玲瓏、晶雕堆花、色釉刻瓷、青花斗彩、有色藝術釉等。


其他裝飾方法:包括色坯、化妝土、色粒坯、滲花、磨光和拋光、絲網印花、拼花裝飾等。 



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